大功率船用柴油机主轴承典型工况润滑性能分析

以9G32型大功率船用柴油机主轴承为研究对象,分别对比分析了全负荷不同转速工况下和相同转速不同负荷率工况下的各主轴承负荷、最小油膜厚度、最大油膜压力,然后选择了其中的典型工况针对润滑性能最为恶劣的第7主轴承,对轴承负荷及润滑性能进行了详细分析。分析结果表明:在最低转速和全负荷工况下,在曲柄转角的一个特定范围内,受载最大的第7主轴承的最小油膜厚度会小于许用值;同时,大功率低中速船用柴油机主轴承在低间隙、薄油膜的恶劣工况下的时间远远大于普通的高速柴油机,这些因素是使大功率低中速柴油机主轴承易发生疲劳失效和使用寿命变短的主要原因。     

某船用低速柴油机曲柄销轴承弹性流体动力润滑分析

基于EXCITE Power Unit软件,采用弹性流体动力润滑(EHD)的方法建立了某船用低速柴油机曲柄销轴承的仿真模型,使用有限元法和有限差分法对曲柄销轴承润滑性能进行了仿真,研究额定工况下曲柄销轴承油膜压力、油膜厚度、轴承比压、摩擦功耗等性能参数随曲轴转角的变化情况,为曲柄销轴承的设计选型提供理论依据。     

曲轴平衡率对主轴承润滑特性的影响

针对某型柴油机功率提升后主轴承润滑性能恶化的现象,考虑轴颈与轴瓦表面粗糙度、曲轴与轴承座弹性变形的影响,建立了12 V90°柴油机主轴承的润滑分析计算模型.根据弹性流体动力润滑、轴承动力学及平衡率计算理论,分析了不同曲轴平衡率对主轴承的润滑性能的影响.采用正交试验研究了平衡率、轴承宽度及轴承间隙对最小油膜厚度、最大油膜压力、平均摩擦损失功和峰值粗糙接触压力的影响,并提出了改进方案.结果表明:曲轴平衡率对主轴承润滑性能有很大的影响,对最小油膜厚度、最大油膜压力和峰值粗糙接触压力的影响权重与轴承间隙相接近,均低于轴承宽度;平衡率对平均摩擦损失功的影响权重最大;相比轴承宽度、轴承间隙等影响因素,曲轴平衡率在强化柴油机主轴承润滑设计阶段也应重点考虑.     

高增压对柴油机主轴承工作性能的影响研究

运用有限元分析和基于虚拟样机的多体动力学计算方法,针对一款高增压强化的直列四缸柴油机,在标定工况下分析了曲轴主轴承的弹性流体动力润滑性能及瞬态结构动力响应。与中等增压状态下的柴油机主轴承进行对比,分析了高增压强化对主轴承工作性能的影响,探讨了提高曲轴单拐离心力平衡率对主轴承工作性能的改善作用。研究结果表明:柴油机强化升级后,各主轴承最小油膜厚度均减小,有些甚至超出许用值,其中第四、第五主轴承磨损较严重,其最大摩擦功耗分别增加了87%和133%;油膜压力主要激发主轴承沿气缸中心线方向的动力响应,高增压后各向动力响应幅值均增长;曲轴单拐离心力平衡率提高到50%后,主轴承润滑性能有所改善,结构动力响应也得到减弱。     

基于热弹流模型的柴油机连杆小头轴承润滑研究

以某直列6缸柴油机为研究对象,建立活塞销-连杆-曲柄销柔性多体动力学分析模型。基于热弹性流体动力学(TEHD)润滑和微凸峰接触理论,建立连杆小头轴承的TEHD模型,分析了热负荷影响下轴承间隙和表面粗糙度对润滑性的影响规律。研究结果表明:计及热负荷影响,轴承最大油膜压力增加7.5%,最小油膜厚度降低8.1%,摩擦功耗增加10.1%,粗糙峰接触增加6.0%,轴承产生温升现象,最大温升为20.1℃;轴承间隙增加,轴承最大油膜压力增幅提高50%,最小油膜厚度减幅保持不变;表面粗糙度增加,轴承最大油膜压力增幅提高50%,最小油膜厚度减幅缩小55%。该热弹流模型研究方法为动力机械热负荷条件下摩擦副失效机理分析提供了一种可行的途径,研究结果对摩擦副滑动轴承加工精度制定具有一定的指导作用。     

高功率密度柴油机主轴承热弹流混合润滑分析

基于包含润滑油填充率的Reynolds方程和Greenwood-Tripp微凸峰接触理论,采用质量守恒边界条件,通过使用有限差分法和有限元法联立求解热弹性流体润滑的各控制方程,以某高功率密度柴油机的主轴承为例进行热弹性流体混合润滑研究.通过分析功率密度升高对轴承性能的影响机理,确定需改进的结构参数,考察了油孔位置、椭圆形油孔、轴瓦表面粗糙度和润滑油油品对轴承润滑性能的影响,最终通过合理匹配结构参数使得轴承最小油膜厚度增加了45.04%,,峰值粗糙接触压力减小了76.85%,,平均粗糙摩擦损失功率减小了76.62%,.得到结论:最大剪切率是评价轴承润滑性能的重要指标,表面粗糙度对油膜振荡有遏制作用,油孔对轴承润滑性能具有很大的影响,以及合理匹配结构参数对轴承设计具有重要意义.     

基于AVL Excite Designer的WD615柴油机曲轴轴承润滑性能研究

在分析柴油机曲柄连杆机构动力学行为和曲轴轴承的动态润滑的基础上,建立该系统的动力学与流体动力润滑耦合的动力学分析模型。利用AVL Excite Designer动力学分析软件,以WD615柴油机八平衡块曲轴为研究对象,通过对其主轴承和连杆轴承油膜压力进行计算分析研究,从而得出这种算法对柴油机曲轴轴承设计具有指导意义。     

柴油机单缸停油主轴承润滑分析

针对柴油机标定工况和单缸停油工况,建立了工作过程的仿真模型,计算了缸内气体压力。基于Reynold方程、Greenwood/Tripp微凸体接触模型和多体动力学模型对主轴承的润滑状态进行分析。以某六缸柴油机为研究对象,以标定工况和50%功率、单缸停油工况为计算工况进行了试验。研究结果表明:第三缸停油最小油膜厚度比标定工况的大,其他缸停油最小油膜厚度均变小,最小值出现在第一缸停油第七主轴承。第一缸停油时,主轴承摩擦功率变小,功率的有效输出能力降低;第七主轴承下轴瓦靠近飞轮一侧的边缘发生微凸体接触。标定工况最小油膜厚度为2.07μm,第一缸停油最小油膜厚度为1.82μm,相差12.1%;标定工况最大油膜压力为52.5MPa,第一缸停油最大油膜压力为50.0MPa,相差4.8%。     

不同曲轴平衡率下柴油机主轴承润滑特性分析及变壁厚优化设计

基于弹性流体动压润滑及多体动力学理论,以某船用大功率柴油机主轴承为研究对象,考虑曲轴主轴承的弹性变形、表面粗糙度、供油特性等因素,建立主轴承的弹性液体动力学仿真分析模型;通过试验对该模型建立方法进行了验证。基于该模型,分析了曲轴平衡率对主轴承最小油膜厚度、最大油膜压力、轴心轨迹及滑油填充率等润滑特性参数的影响规律,并就主轴承边缘接触压力较大的现象进行了变壁厚设计优化。研究表明:曲轴平衡率从0增大到100%,主轴承最大油膜压力平均值减小60%,最小油膜厚度平均值增大5倍,轴心轨迹偏心率减小;通过变壁厚优化设计,主轴承最小油膜厚度最小值增大24%,最大粗糙接触压力减小40%,粗糙边缘承载较大的现象得到有效改善。     

多缸内燃机主轴承油膜厚度的试验研究

介绍了采用电涡流传感器测量多缸內燃机主轴承油膜厚度的试验方法和试验仪器.以4100QB 柴油机为试验对象,研究了负荷、转速对多缸內燃机主轴承油膜厚度的影响.将试验结果与热弹性流体动力润滑(TEHD)的计算结果进行了比较后表明:用TEHD法计算出的主轴承的油膜厚度与试验值变化趋势相同,两者的最小油膜厚度值相近.     

Study on lubrication performance of hydrostatic clearance oil film considering multi-factor coupling

The lubricating performance of the clearance oil film determines the machining accuracy of the hydrostatic thrust bearing and the stability of the oil film. From the perspective of working parameters and cavity structure, based on tribological principles and lubrication theory, the clearance oil film temperature rise equation, pressure equation, and viscosity-temperature equation are deduced, and the relationship between load-rotating speed-oil film thickness for different cavity shapes is matched. Through the combination of simulation and experiment, the multi-factor coupling influences on the lubricating performance of the clearance oil film are studied. The study found that the degree of influence on the clearance oil film temperature is in order: rotational speed, hydraulic oil viscosity, load, and cavity depth, and the degree of influence on the clearance oil film pressure is in order: load, hydraulic oil viscosity, rotational speed, and cavity depth. This work provides a theoretical basis for the research and optimization of the lubrication performance of hydrostatic thrust bearings, and provides a research direction for the machining accuracy and running stability of high-speed and heavy-duty CNC equipment.     

增压中冷柴油机主轴承润滑特性研究

基于弹性流体动力润滑理论,建立了4缸柴油机主轴承润滑仿真模型,研究了不同转速下内燃机轴瓦与轴承座的弹性变形、轴瓦与轴颈粗糙度对主轴承润滑特性的影响。研究结果表明:5个主轴承膜厚比均大于1,其中第5主轴承峰值油膜压力与其他4个主轴承相比明显偏大,而且存在偏磨现象,润滑相对恶劣;优化后第5主轴承峰值油膜压力平均降低了20%,最小油膜厚度平均增加了25%,摩擦功耗平均降低了43%。     

YZ485ZLQ柴油机润滑系统性能与主油道压力特性试验

采用台架试验方法,进行YZ485ZLQ柴油机润滑系统的整体性能和主油道的压力特性试验,探讨在YZ485QB柴油机基础上改进的YZ485ZLQ柴油机润滑系统性能。结果表明,YZ485ZLQ柴油机润滑系统性能良好,满足使用要求。转速变化对主油道压力的影响明显,润滑油温度变化对主油道压力的影响次之并呈现较强的非线性关系,负荷变化对主油道压力的影响最小。随着柴油机转速的增加,润滑系统中主油道的压力不断增加,最后趋于稳定值;随着柴油机负荷和润滑油的温度增加,主油道的润滑油压力下降。     

考虑曲轴倾斜和摩擦接触的主轴承润滑分析

采用有限元、多体动力学和弹性流体动力润滑理论来联合计算16V240ZJB型柴油机主轴承的润滑情况,将曲轴当作弹性体,以考虑曲轴的弹性变形对主轴承润滑状态的影响.曲轴工作过程中受外力的作用,会产生弹性弯曲变形,使主轴颈在主轴承内倾斜,甚至与主轴瓦的边缘发生摩擦接触,本文采用了Greenwood-Tripp粗糙接触模型计算接触摩擦力.根据AVL相关标准评价了润滑计算结果,九个主轴承均润滑良好,其中第8主轴承粗糙接触压力最大、油膜厚度最低,润滑的情况相对最恶劣.     

船用柴油机主轴承盖对轴承油膜润滑的影响研究

基于AVL Excite PU软件,采用弹性流体动力学耦合有限元法对某20V船用柴油机主轴承油膜进行了仿真分析。研究了不同材料、不同结构的主轴承盖对油膜润滑工作状态的影响。结果表明:同样结构的主轴承盖,采用铁材料比钢材料对轴承润滑更加有利;主轴承盖承压面两侧挖槽,在保证刚度的前提下,可以有效降低主轴承边缘压力峰值和平均热载峰值。     

基于润滑油颗粒效应的柴油机轴系扭振特性研究

以船用中速机顶环为研究对象，基于混合润滑模型、微凸体接触模型和颗粒承载模型，引入颗粒的粒径和质量浓度，提出了一种活塞环-缸套液固两相润滑模型，分析了颗粒的承载能力、摩擦力、摩擦功耗，探究了固体颗粒对中速机润滑性能的影响。在此基础上，以往复摩擦机为研究对象建立了考虑摩擦力矩的轴系扭振计算模型，以此分析含颗粒润滑状态对扭振的影响并进行了试验验证。研究表明:固体颗粒使活塞环-缸套间的最小油膜厚度和摩擦力增大；柴油机轴系的扭振增大，其中2、4谐次对应扭角增大的比例最大。     

轻便轴承对增压器机械效率及发动机加速性能的影响

为改善涡轮增压器机械效率及发动机加速性能,分析原轴承系统和轻便轴承系统的旋转部件质量及转动惯量,试验研究原轴承系统和轻便轴承系统的机械效率及发动机加速性能。结果表明:与原轴承系统相比,增压器转速为60000-80000 r/min时,轻便轴承系统机械效率改善2.73%-8.08%;增压器转速为60000-140000 r/min时,轻便轴承系统润滑油流量减少37.44%-46.75%;发动机带载加速试验及发动机自由加速试验表明,轻便轴承系统加速时间分别减少7.7%和11.7%。因此,轻便轴承系统可以改善增压器低速段机械效率、发动机加速性能及低速扭矩,是增压器的发展方向。     

发动机曲轴主轴承液体动力学分析

以某直列四缸发动机为研究对象,采用AVL_EXCITE Designer软件计算分析曲轴主轴承的液体动力学特性。根据经验公式计算主轴承载荷,建立润滑仿真模型对曲轴主轴承进行动力学仿真及润滑计算。根据对最小油膜厚度和最大油膜压力的仿真结果分析,为轴承优化设计提供了依据。     

YZ485ZLQ柴油机主油道机油压力偏低的试验研究

针对YZ485ZLQ柴油机强化后出现主油道压力不足的问题,研究分析造成主油道压力偏低的主要原因,制定相应的改进措施:增加机油泵流量和减少曲轴主轴承间隙.通过发动机台架试验,验证了改进方案的有效性,取得了预期的效果.